بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از مهمترین مسائلی که در طراحی و بهرهبرداری از سیستمهای قدرت باید مد نظر قرار بگیرد پایداری سیستم در مقابل اغتشاشات سیگنال بزرگ میباشد. با توجه به اهمیت پایداری گذرا در سیستم قدرت به دنبال روشی خواهیم بود که منجر بهبود پایداری سیستم گردد.
در چند دهه اخیر با پیشرفتهای سریع در صنعت نیمه هادی ها و استفاده از آنها در کاربردهای قدرت، مفهوم سیستم های انتقال انرژی AC انعطاف پذیر - - FACTS: Flexible AC Transmission Systems مطرح گردید. یکی از تأثیرگذارترین آنها IPFC - Interline Power Flow Controller - است .کنترل کننده مدلغزشی به عنوان کنترلکنندهی IPFC در این پایان نامه برای کاهش زمان بحرانی رفع خطا مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی پایداری گذرا با محاسبهی زمان بحرانی رفع خطا انجام میگیرد که افزایش آن به معنای بهبود پایداری گذرا و مسئلهای حیاتی در سیستم قدرت است.
مقدمه:
پایداری،حالت تعادل بین نیروهای متضاد را نشان میدهد. مکانیزمی که به وسیله آن ماشینهای سنکرون به هم پیوسته،حالت سنکرون بین یکدیگررا حفظ میکنند ازطریق نیروهای بازیافت است که، باعث میشوند نیروهائی وجود داشته باشد تا یک یا چند ماشین را نسبت به سایر ماشینها شتاب مثبت یا منفی دهد.
در حالت ماندگار، تعادل بین گشتاور مکانیکی ورودی و گشتاور الکتریکیِ خروجی وجود دارد و سرعت، ثابت باقی می ماند. اگر سیستم دستخوش تغییر شود این تعادل ازبین میرود ودر نتیجه روتور ماشینها بر اساس قوانین حرکت اجسام دوار،شتاب مثبت یامنفی پیدا می کند. اگربه طور موقت ژنراتوری نسبت به دیگری سریعتر بچرخد، موقعیت زاویه ای روتورآن نسبت به ماشین کندتر، جلوتر قرارمیگیرد.
بسته به رابطه توان زاویه،اختلاف زاویه بین روتور دوماشین باعث می شود تابخشی ازبارِماشین کُند به ماشین تندمنتقل شود. این موضوع سبب میشود که اختلاف سرعت و در نتیجه اختلاف زاویه روتورها کاهش یابد. رابطه توان، زاویه به شدت غیرخطی است.
بالاتر از حد مشخصی، افزایش اختلاف زاویه، باعث کاهش در توان مبادله شده می شود. این موضوع سبب میشودکه اختلاف زاویه بازهم بیشترشود و منجر به ناپایداری گردد. در هر وضعیت بخصوص، پایداری سیستم به این بستگی دارد که آیا انحرافات زوایای روتور ماشین ها منجر به گشتاورهای بازیافت کافی میشودیاخیر.
زمانیکه یک ماشین سنکرون، حالت سنکرونیزه یاهماهنگ خودبا سایرماشینهاراازدست میدهد،روتورآن در سرعتی بالاتر یا پایین تر از سرعتی که برای تولید ولتاژ در فرکانس سیستم لازم است، می چرخد.
لغزش بین میدان دواراستاتور - مربوط به فرکانس سیستم - وتحریک روتورمنجربه تغییرات بزرگی درتوان خروجی، جریان وولتاژماشین می شود. این موضوع باعث می شودکه سیستمهای حفاظتی ماشین ناپایدار را از سیستم جدا کنند.
از دست رفتن حالت سنکرونیزه ممکن است بین یک ماشین و بقیه سیستم یا بین گروهی از ماشین ها اتفاق افتد. در حالت سوم ممکن است بتوان بعد از جدایی گروهها از یکدیگر، حالت سنکرونیزه بین ماشین های هر گروه را حفظ کرد.
عملکرد سنکرونیزه ماشینهای سنکرون به هم پیوسته را می توان به مجموعه ای از خودروهایی تشبیه کرد که به کمک تسمه های لاستیکی به یکدیگر متصل شده اند ودر یک مسیردایره وار میچرخند.
روتور ماشینهای سنکرون به خودرو و خط انتقال به تسمه تشبیه شده است. زمانی که خودروها با یکدیگر همنوا و هم سرعت باشند تسمه های لاستیکی دست نخورده باقی میمانند. در زمانی که نیرو یکیاز خودروها افزایش یابد، سرعت آن نیز موقتاً افزایش مییابد، این موضوع باعث می شود که تسمه متصل به آن کش بیاید که در نتیجه سرعت سایر خودروها افزایش مییابند. بدین ترتیب عکس العملی زنجیروار اتفاق میافتدتا مجداً تمام خودرو ها در سرعت مشابه ادامه طریق دهند. اگر نیروی وارده به یکی از تسمه ها از حد توانایی آن بیشتر شود، پاره میشود و باعث میشود که یک یا چندین خودروها از سایر خودروها جدا شوند.
تاکنون از روشهای کنترلی متفاوتی جهت کنترل ادوات FACTS استفاده شده است. اگر چه یکی از ویژگیهای مهم و اساسی طراحی کنترلکننده مد لغزشی، دستیابی به خطای حالت ماندگار کم و می باشد.
بطور کلی طراحی کنترل کننده مد لغزشی شامل دو مرحله می باشد:
· طراحی سطح لغزش، که باعث می شود تا مرتبه ی سیستم بسته کاهش یابد و بستری مقاوم را در حرکت سیستم به سمت نقطه تعادل فراهم سازد.
· انتخاب، سیاست کنترلی مناسبی است که سیستم را به سمت این سطح حرکت داده و قرار گرفتن و باقی ماندن بر روی آنرا تضمین کند.
پایداری گذرا یکی از مسائل مهمی است که یک سیستم قدرت با آن روبروست. در برنامهریزی سیستم قدرت، بایستی تدابیر لازم برای خطاهای متداول اندیشیده شود تا از ناپایداری و صدمات مربوطه جلوگیری به عمل آید. یکی از ابزارهایی که امروزه مورد توجه بسیار قرار گرفته، ادوات FACTS است. در اینجا با توجه به اینکه IPFC یکی ازکارآمدترین ابزار در بین ادوات FACTS است از آن برای دستیابی به هدف بهبود پایداری گذرااستفاده شده است
از سوی دیگر با توجه به غیرخطی بودن سیستم قدرت و دشواری مدلسازی، با در نظر گرفتن قابلیتهای روش کنترل مد لغزشی، این روش برای کنترل IPFC انتخاب شده است. در این بین استفاده از تابع انرژی، شیوهی مناسبی برای پایداری به نظر میرسد.
مدلسازی:
در مراجع مختلف نشان داده شده در صورتیکه IPFC، ماکزیمم مقدار 1 و 2 را بسته به مقادیر نامی خود اختیار کند، بیشترین حاشیهی پایداری گذرا قابل حصول خواهد بود. بنابراین چنانچه 1 و 2 در بیشترین حد خود تنظیم و 1 و 2 نیزتنظیم شوند، تابع انرژی لیاپانوف IPFC برای نوسان اول قابل تعریف است. واضح است که بهکارگیری IPFC با پارامترهای ثابت، نقش چندانی در بهبود پایداری گذرا ایفا نخواهد کرد. اما مرجع [17] ثابت کرده است چنانچه پارامترهای IPFC به صورت قطعهای ثابت - - Constant Sectional نیز کنترل گردد، تعریف تابع انرژی صحیح است.
برای استخراج تابع انرژی سیستم با IPFC از روش SPEF - Structure Preserving Energy Function - استفاده میشود .[15] همانطور که قبلاً شرح داده شد مدل کلاسیک برای ژنراتور در نظر گرفته میشود.
تابع انرژی بر اساس جمع انتگرال روابط ذکر شده بصورت زیر بدست می آید:
اگر توانهای حقیقی تزریقی در معادلات زیر در مشتق زاویه ولتاژ باس i ضرب شوند و توانهای راکتیو تزریقی در معادلات در دامنه ولتاژ باس i ضرب شوند و بر مشتق دامنه ی ولتاژ باس i تقسیم شوند
